(57)【要約】【目  的】電解質を用いずに水と電極だけで発光ダイオード（ＬＥＤ）を点灯する電力が得られ、自己充電をする二次電池をつくる。【構  成】負極にＺｎ、正極をＣとして、この電極を水に浸すと効率の良い起電力が生ずる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水（水を含んだ物を含む。以下、同）に電極の正極として炭素繊維（以下、ＣＦと略記）又はＣ（異物混入Ｃを含む。以下、同）を、負極としてＺｎ（異物混入Ｚｎ又はＺｎの合金を含む。以下、同）又はＦｅ（異物混入Ｆｅ又はＦｅの合金を含む。以下、同）を浸して起電力を得る装置。
【請求項２】
水に請求項１以外の電極を浸して起電力を得る装置。
【請求項３】
請求項１の装置又は請求項２の装置に鉱石（ゲルマニウム・ダイオード等）受信機を接続して高い起電力を得る装置。
【請求項４】
請求項１の装置又は請求項２の装置又は請求項３の装置を使って造られる電源用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
２００ｍｌ用ビーカーに水温２４℃の水道水２００ｍｌを注ぎ、この中に電極として正極に５ｍｍφ×長さ１００ｍｍのＣ棒と負極に厚さ１ｍｍ×巾５ｍｍ×長さ１００ｍｍのＺｎ棒を浸すと、Ｃ棒とＺｎ棒の間に約１．０Ｖの起電力が生ずる。
これと同じもの４組を直列につなぐと約４．０Ｖの起電力が生ずる。
この装置に豆電球を接続しても点灯しないが、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ：例えば日亜化学製ＮＳＰＷ５００ＢＳ、Ｖｆ３．６Ｖ、Ｉｆ２０ｍＡ。以下、同）を１個接続すると点灯し、暗がりでも文字を読み取れる。
以下、上記の様に水と電極によって起電力を生ずる装置を水力電池と呼称し、本発明とする。
水力電池は水が存在すれば任意の場所、任意の時間につくる事ができ、又、小電力で点灯する白色ＬＥＤ及び他のＬＥＤの点灯に適応した装置である。
消費電力が少なくて発光効率が高く寿命が長い白色ＬＥＤは、従来の白熱電球や蛍光灯に代替する照明用光源灯として高性能化の研究が進んでいる。
従って、大きな工事は要せず設備も簡単な本発明は、無灯火地域の解消に貢献する事が大きく、更に単独又は太陽光発電、風力発電との併用により様々な負荷用電源として、関連する産業や新起事業への利用は計り知れないものがある。
【０００２】
【従来の技術】
電解質溶液に正極と負極を浸して導線で接続し、溶液中の酸化還元反応によって生ずる電子の移動を電気エネルギーとして取り出す装置が電池で、従来様々な実用電池が開発されている。
一次電池は使用を続けると起電力が低下して元の状態に戻らず、やがて使用不可能になり廃棄される。
二次電池は放電によって起電力が低下した時、外部の電源によって充電を行ない起電力を回復できるが、充電可能な回数に限りがある。
一次電池も二次電池も共に電解質と保護材を用い、二次電池は外部のエネルギーによって充電する
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電池を構成する電解質と保護材は、使用不可能になって廃棄すると環境汚染をもたらすと共に資源の無駄であり、二次電池を充電するのに外部からエネルギー供給を受けるのはエネルギーの損失である。
従って、これらの欠点を解消するために、新しい電源用装置を創作する事が本発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
水中では水分子の一部が電離して、それぞれ同数のＨ＋とＯＨ−を生じているので、水にＡｌ（２．５ｍｍφの盆栽用針金）、Ｚｎ（１ｍｍ厚×５ｍｍ巾の印刷用凸版板）、Ｆｅ（２．６ｍｍφの工業用針金）、Ｃｕ（３ｍｍφの電気導線）の金属を２種類ずつ正負の電極として浸し、生ずる起電力を測定した。
これらの金属のイオン化列は  Ａｌ＞Ｚｎ＞Ｆｅ＞Ｃｕ  で、イオン化傾向が大きい金属は負極、イオン化傾向が小さい金属は正極となるので、負極−正極をＡｌ−Ｚｎ、Ａｌ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｚｎ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ｃｕ、Ｆｅ−Ｃｕとして起電力を測った結果は次の通りである。但し、水中ではＡｌ−ＺｎとＡｌ−Ｆｅは成り立たず、Ｚｎ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌとなった。
又、測定誤差によって精密数値は読み取れないが、電極性能の傾向を知る事
ができるので、測定数値により本発明は限定されない（以下、同）。
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【０００５】
次にＣ（純度９０％以上）を正極に、［０００４］と同じＡｌ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕをそれぞれ負極として発生する起電力を測った。
測定条件は［０００４］と同じである。
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【０００６】
［０００５］ではＺｎ−ＣとＦｅ−Ｃはほぼ同程度の起電力を示しているが、Ｆｅは赤サビを生ずるので、Ｚｎ−Ｃ電極の純度別による起電力を測定した。
測定条件は［０００４］と同じである。
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この結果により以下の水力電池の電極は、起電力と経済性の面から（４）の電極を用いて起電力と電流を測定し、単にＺｎ−Ｃで表わす事とする。
【０００７】
水力電池も負荷をかけると電圧降下をするが、負荷を取りはずして時間が経過すると元の状態に戻るので、これを検証する。
検証に当り次のものを用意する。
（水力電池）  内容量２００ｍｌ用プラスチック製円筒容器のフタに直径約５ｍｍの穴を約２５ｍｍ間隔で、野球のベース配置状に明ける（図１）。
容器に２００ｍｌの水を注いでフタをし、フタの穴にＣ棒（正極）とＺｎ棒（負極）を２本ずつ差し込む（図１）。容器内の水深は約８０ｍｍで、電極の水浸部分は約６５ｍｍである。これと同じものを４個つくって直列に接続し、両端の電極はそれぞれ１点で接続する（図２）。
以下、１容器に電極を１組又は複数組浸したもの（１単位の水力電池）４個つくり、直列接続したものを１実用単位の水力電池とし、ＷＢで表わす事とする。
（ゲルマ受信機）  科学教材社製のＲＡ−１Ｇ（回路図は図３。以下、ＧＲと略記）を４組用意し、２組ずつをそれぞれ直列と並列に接続する。直列接続したものをＧＲ−ＳＣ、並列接続したものをＧＲ−ＰＣで表わす事とする。
ＧＲのアンテナは家庭向１００Ｖ用電線を利用し、アース端子は１００ｍｍ×２００ｍｍのアルミ箔３枚を貼り合わせたものをコンクリート床に置いて接続し起電力を測定した。但し、ＧＲの起電力は、時刻、受信場所、気象条件等の環境により変動するが、東京都葛飾区金町四丁目ではＧＲ−ＳＣは０．９３〜１．１０Ｖ、ＧＲ−ＰＣは０．６９〜０．７２Ｖであった。
（白色ＬＥＤ）１個。
【０００８】
（検証１）ＷＢと白色ＬＥＤを図４の様に接続する。水温は２１℃でＷＢの起電力は４．１０Ｖを示した。スイッチＳをｏｎにして白色ＬＥＤを点灯し、１時間後にＳをｏｆｆにするとＷＢの起電力は３．４７であった。
３時間３０分後にＷＢの起電力は４．１１Ｖを示した。
（検証２）ＷＢとＧＲ−ＳＣと白色ＬＥＤを図５の様に接続する。ＷＢとＧＲ−ＳＣの合成起電力は４．４０Ｖを示した。Ｓをｏｎにして白色ＬＥＤを点灯し、１時間後にＳをｏｆｆにすると合成起電力は４．１５Ｖであった。３０分後に合成起電力は４．４１Ｖを示した。
（検証３）ＷＢとＧＲ−ＰＣと白色ＬＥＤを図５の様に接続する。ＷＢとＧＲ−ＰＣの合成起電力は４．３０Ｖを示した。Ｓをｏｎにして白色ＬＥＤを点灯し、１時間後にＳをｏｆｆにすると合成起電力は３．９３Ｖであった。
１時間後に合成起電力は４．２６Ｖを示した。
【０００９】
以上３つの検証によって、ＷＢは負荷により電圧降下をしても負荷を取り除くと、時間の経過によってほぼ元状に復する事が分かる。
ＧＲの起電力は電波受信の条件によって変動するが、電圧降下を起こさないので、ＷＢと併用してＷＢの起電力を補完する事ができる。
検証２、検証３では電波が関与する外部のエネルギーの供給を受けているが、この電波は特定の機器に対して放射されたものでなく、ラジオ受信用に使われている以外の未利用電波を使っているので、本発明は外部のエネルギーを無駄にしているのではなく、エネルギーを有効利用している事になる。
ここに、ＷＢの起電力が負荷によって降下しても、経時によって回復する現象を、以下、自己充電と呼称する事とする。
なお、ＷＢの電圧降下は、１容器ごとの水を連続的に入れ替えると防ぐ事ができる。
【００１０】
以上は、金属とＣを電極として水中で生ずる起電力を検証したが、ＺｎとＣＦと樹脂（例えば、タキロン製制電電磁波プレート、以下、ＰＶＣと略記）を電極とした場合の起電力と電流を検証する。
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２００ｍｌ用ビーカーに２２℃の水道水を２００ｍｌ注ぎ、電極を浸す。電極の水浸部分は約６５ｍｍである。
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これらの検証は、水力電池の電極材としての樹脂とＣＦの存在を示しており、これは本発明の範囲内にあって本発明を限定するものではない。
【００１１】
次に、電極のＺｎ−Ｃの形状を変えて得られる起電力と電流を検証する。
底が６０ｍｍ×２００ｍｍの容器に、２２℃の水を３００ｍｌ入れる。正負の電極間は約１ｍｍに保ち、電極全体を水中に浸して測定する。
但し、測定項目ごとに水は入れ替える。
（検証６）
Ｚｎ（１ｍｍ×５ｍｍ×１００ｍｍ）−Ｃ（５ｍｍφ×１００ｍｍ）
０．９２Ｖ    １．５４ｍＡ
（検証７）
Ｚｎ（１ｍｍ×１０ｍｍ×１００ｍｍ）−Ｃ（５ｍｍφ×１００ｍｍ）
０．９１Ｖ    １．９９ｍＡ
（検証８）
Ｚｎ（１ｍｍ×５ｍｍ×２００ｍｍ）−Ｃ（５ｍｍφ×２００ｍｍ）
０．９８Ｖ    ４．４９ｍＡ
（検証９）
Ｚｎ（１ｍｍ×１０ｍｍ×２００ｍｍ）−Ｃ（５ｍｍφ×２００ｍｍ）
０．９８Ｖ    ４．５９ｍＡ
（検証１０）
Ｚｎ（１ｍｍ×５ｍｍ×２００ｍｍ）−Ｃ（１０ｍｍφ×２００ｍｍ）
０．９４Ｖ    ４．９５ｍＡ
（検証１１）
Ｚｎ（１ｍｍ×１０ｍｍ×２００ｍｍ）−Ｃ（１０ｍｍφ×２００ｍｍ）
０．９３Ｖ    ４．９５ｍＡ
以上を考察すると、起電力は電極の形状と大きさに関係なく同程度の大きさであるが、電流の大きさは電極の形状と大きさに比例する事を示している。
【００１２】
さて、ＷＢの働きは次の様に考えられる。
負極（Ｚｎ）    ４ＯＨ−−４ｅ−→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
正極（Ｃ）      ４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２
即ち、水中で電離しているＯＨ−は負極でｅ−を放出し、放出されたｅ−は導線を通って正極に移動しＨ＋に受容される。このｅ−の移動が電流で、負極と正極の間に起電力が生ずる。そして、負極と正極ではそれぞれＯ２とＨ２が発生する。
しかるに、水中で電離しているＯＨ−とＨ＋の数は水温によって決っている。従って、減少したＯＨ−とＨ＋が元の数まで電離する事が、即ち自己充電と考えられる。
以上、［０００４］以下［００１１］までを考察すると、［０００３］の課題を解決する手段はＷＢであると言う事ができる。
【００１３】
【実施例】
［００１２］によって、以下に照明用光源灯としての白色ＬＥＤをＷＢで点灯する実施例を示すが、これによって本発明が限定されるものではない。
（実施例１）
［０００７］で示したＷＢに白色ＬＥＤ２個を並列に接続すると、白色ＬＥＤは点灯する。
点灯前のＷＢの起電力は３．９１Ｖ、電流は０．４９ｍＡを示した。
ｐ．ｍ．８：３０にＳをｏｎにし、翌日ａ．ｍ．８：３０に点灯している白色ＬＥＤを消灯した。
この時のＷＢの起電力は３．３４Ｖ、電流は０．２６ｍＡを示した。
白色ＬＥＤ点灯時の水温は２５℃、消灯時は２０℃であった。
自己充電に要した時間は７時間で、起電力は３．９１Ｖを示した。
（実施例２）
［０００８］の検証２で示した配線図の白色ＬＥＤを２個にして並列接続し、白色ＬＥＤを点灯する。
点灯前のＷＢの起電力は３．９８Ｖ、電流は０．５５ｍＡ、ＧＲ−ＳＣの起電力は１Ｖ、電流は０．０４ｍＡ、ＷＢとＧＲ−ＳＣを直列に接続した合成起電力は４．６９Ｖを示した。
ｐ．ｍ．８：３０にＳをｏｎにし、翌日ａ．ｍ．８：３０に点灯している白色ＬＥＤを消灯した。
この時の合成起電力は４．２２Ｖ、ＷＢの起電力は３．４５Ｖ、電流は０．２５ｍＡ、ＧＲ−ＳＣの起電力は０．９８Ｖ、電流は０．０４ｍＡを示した。
白色ＬＥＤ点灯時の水温は２２℃、消灯時は１８℃であった。
自己充電に要した時間は２時間で、合成起電力は４．７０Ｖ、ＷＢとＧＲ−ＳＣの起電力はそれぞれ３．８０Ｖと１．１３Ｖを示した。
（実施例３）
［００１１］の検証９を参考にして次の様なＷＢをつくり、並列接続した２個の白色ＬＥＤを点灯する。
正負の電極間が約１ｍｍの場合、測定初期電流は大きいが、電圧降下が早く進むので、ここでは電極間を約２０ｍｍとする。
底の一辺が７０ｍｍの容器に水９００ｍｌを入れ、検証９と同じ形状の電極全体を水中に浸す。これと同じもの４個を直列接続しＷＢとする。
点灯前のＷＢの起電力は３．８４Ｖ、電流は１．５３ｍＡを示した。
ｐ．ｍ．８：００に点灯し、翌日ａ．ｍ．８：３０に点灯している白色ＬＥＤを消灯した。
この時のＷＢの起電力は３．４５Ｖ、電流は１．３４ｍＡを示した。
白色ＬＥＤ点灯時の水温は２４℃、消灯時は２３℃であった。
自己充電に要した時間は３．５時間で、起電力は３．８３Ｖ、電流は１．５２ｍＡを示した。
【００１４】
【発明の効果】
小電力で点灯して長寿命の白色ＬＥＤは性能向上を続け、白熱電球や蛍光ランプなど従来の白色照明用光源灯に取って代わりつつある。又、赤色、青色、緑色の三原色ＬＥＤも様々な実用化が進んでいる。
本発明の水力電池は、単独又はＧＲとの併用で、これらのＬＥＤ又は他の小電力用の電源として次の様な実用効果がある。
（１）  地球資源を消費せず、地球環境を汚染しない。
（２）  水と電極があれば、電線の引き込みが無い所でも白色ＬＥＤを点灯でき、照明の恩恵を受けられる。
（３）  ＬＥＤを利用して、植物の電照栽培が省エネルギーで可能になる。
（４）  消耗品が不要なので、経済的にも環境的にも優れている。
（５）  ラジオの送受信以外には使われていない電波を、水力電池の起電力を補う事に利用できる。
（６）  自己充電をする水力電池は夜間に、昼間は太陽光発電、という様な併用も可能である。
（７）  川の水、湖水、温泉水、沼など、水が存在すれば水力電池を造る事ができる。
（８）  水力電池に使う樹脂電極の開発を可能にする検証をした。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラスチック製円筒容器のフタに明けた穴と電極の配置を示す平面図
【図２】（Ａ）  １単位の水力電池４個を直列に接続し、両端の電極をそれぞれ１点で接続した平面図
（Ｂ）  １実用単位の水力電池の記号図
【図３】（Ｃ）  ゲルマ受信機の回路図
（Ｄ）  ゲルマ受信機２組を直列接続（ＧＲ−ＳＣ）又は並列接続（ＧＲ−ＰＣ）した時の記号図
【図４】ＷＢと白色ＬＥＤの接続を示す配線図
【図５】ＷＢとＧＲと白色ＬＥＤの接続を示す配線図
【符号の説明】
１    Ｃ（正極）
２    Ｚｎ（負極）
３    アンテナ端子Ａ
４    アース端子Ｅ
５    コイルＬ（ＳＭ２４６７・３００Ｈ）
６    コンデンサーＣ１（最大容量２６０ｐＦのＶＣ）
７    検波器Ｄ（ゲルマニウムダイオード１Ｎ６０）
８    抵抗器Ｒ（１ＭΩ）
９    コンデンサーＣ２（クリスタルイアホンで代替）
１０，１１  負荷接続端子ａ、ｂ
１２  スイッチＳ
１３  ＷＢ
１４  白色ＬＥＤ
１５  ＧＲ（ＧＲ−ＳＣ又はＧＲ−ＰＣ）
１６  ＷＢ
１７  白色ＬＥＤ
１８  スイッチＳ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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